(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の導電層の厚さを監視する装置であって、
導電層を有する基板を、基板の、第１の平面内の面で保持する支持部と、
第１の複数のコア部分を含む渦電流監視システムと、
前記支持部と前記渦電流監視システムとを互いに対して運動させることにより、前記第１の複数のコア部分が、基板に対して、前記第１の平面に平行で、前記基板の半径方向である第１の方向に動く、モータと
を備え、
前記第１の複数のコア部分の少なくとも１つのコア部分が、前記第１の方向において、第１の参照線から、少なくとも２つの他のコア部分とは異なる距離に配置されており、前記第１の参照線が前記第１の平面と平行であり前記第１の方向と直交する、装置。
【請求項２】
前記第１の複数のコア部分が互いに平行に、かつ、前記第１の平面に垂直に延びている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の複数のコア部分の各コア部分が、前記第１の方向および、前記第１の平面と平行であり前記第１の方向と直交する第２の方向に幅を有し、前記第１の方向および前記第２の方向に垂直で、前記幅よりも大きい高さを有する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の複数のコア部分が、前記第１の複数のコア部分が接続する背面部分から垂直に延びている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の複数のコア部分が、前記第１の方向と垂直に交差する経路に沿って配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記経路が弧である、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記弧が、前記基板とほぼ等しい曲率半径を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の複数のコア部分は、前記第１の参照線から前記第１の方向に次第に離れた後に、前記第１の方向に、前記第１の参照線に次第に近づくように、前記第１の参照線に沿って配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の複数のコア部分のうち少なくとも１つに結合されたコイルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記コイルに電流を発生する駆動システムと、
前記基板の導電領域で発生した渦電流に基づいて、前記基板の前記導電領域の特性を導き出す感知システムと
をさらに備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の複数のコア部分が、第１のコア部分および第２のコア部分を含み、前記コイルが、前記第１のコア部分および前記第２のコア部分に８の字形に結合されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記コイルが、前記コイルに電流を印加すると、隣接するコア部分に反対方向の磁界が誘起されるように、前記複数のコア部分に結合されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルが、隣接するコア部分に反対方向に巻き付けられる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の複数のコア部分に対向して配置されて、前記第１の複数のコア部分と第２の複数のコア部分との間に基板が通る所定の間隙が画定する第２の複数のコア部分をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の複数のコア部分は、前記第１の平面と平行であり前記第１の方向と直交する第２の方向に互いに離れている、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に半導体加工に関し、より詳細には、渦電流測定システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、典型的には、シリコンウェハ上に導電性、半導電性、または絶縁性の層を順次堆積させ、その後、それらの層を加工することによって、基板（例えば半導体ウェハ）上に形成される。
【０００３】
一製造ステップは、非平坦表面上にフィラー層を堆積させ、非平坦表面が露出するまでフィラー層を平坦化させるものである。例えば、導電性のフィラー層を、パターニングした絶縁層上に堆積させて、絶縁層にあるトレンチまたは孔を埋めることができる。その後、絶縁層の隆起パターンが露出するまで、フィラー層を研磨する。平坦化後、絶縁層の隆起パターン間に残っている導電層部分によって、基板上の薄膜回路間の導電路となるバイア、プラグ、およびラインが形成される。さらに、平坦化を用いて、リソグラフィのために基板表面を平坦にすることができる。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、一般に認められた平坦化の一方法である。この平坦化法では、典型的には、基板をキャリアヘッドまたは研磨ヘッドに取り付ける必要がある。基板の露出表面を、回転研磨盤パッドまたはベルトパッドに当接して配置する。この研磨パッドは、「標準」パッドでも、固定砥粒パッドでもよい。標準パッドは、耐久性のある粗面を有し、一方固定砥粒パッドは、閉込め媒体中に保持された研磨粒子を有する。キャリアヘッドによって、制御可能な荷重を基板に付与して、基板を研磨パッドに押し当てる。少なくとも１つの化学反応剤と、標準パッドを使用する場合は研磨粒子とを含む研磨スラリが、研磨パッドの表面に供給される。
【０００５】
半導体加工中、基板、または基板上の層の１つまたは複数の特性を判定することが重要となり得る。例えば、ＣＭＰ工程中に導電層の厚さを知ることは、その工程を正確な時間で完了することができるように、重要となり得る。いくつかの方法を用いて、基板特性を判定することができる。例えば、光センサまたは静電容量センサを用いて、化学機械研磨中の基板の現場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）監視、またはインライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）監視を行うことができる。あるいは（またはさらに）、渦電流感知システムを用いて、基板上の導電領域に渦電流を誘起し、それによって導電領域の局所的な厚さなどのパラメータを判定することができる。
【発明の概要】
【０００６】
一般に、一態様では、基板上の導電層の厚さを監視する装置は、導電層を有する基板を保持する支持部と、第１の複数のコア部分を含む渦電流監視システムと、支持部と渦電流監視システムとを互いに対して運動させることにより、基板を第１の複数のコア部分を横切って、第１の軸を画定する方向に移動させるモータとを含む。少なくとも１つのコア部分は、第２の軸から、少なくとも２つの他のコア部分よりもさらに遠くに配置される。第２の軸は、第１の軸と直交する。本実施形態および他の実施形態は、任意選択で以下の１つまたは複数の特徴を含むことができる。
【０００７】
第１の複数のコア部分は、第１および第２の方向に垂直に、平行に延ばすことができる。第１の複数のコア部分の各コア部分は、第１および第２の方向に幅を有し、第１および第２の方向に垂直で、幅よりも大きい高さを有することができる。第１の複数のコア部分は、背面部分から垂直に延ばすことができる。
【０００８】
第１の複数のコア部分は、第１の軸と垂直に交差する経路に沿って配置することができる。この経路は弧でよく、基板とほぼ等しい曲率半径を有することができる。
【０００９】
第１の軸に沿って第１の方向に次第に遠ざかるように配置されたコア部分は、第１の軸に次第に近接し得る。第１の軸に沿って最も離間して配置されたコア部分間の第１の間隔は、第２の軸に沿って最も離間して配置されたコア部分間の第２の間隔よりも短くすることができる。第２の間隔は、第１の間隔の少なくとも２倍とすることができ、約１センチメートルから約５センチメートルの間でよい。第１の間隔は、約１センチメートル未満でよい。
【００１０】
この装置は、第１の複数のコア部分のうち少なくとも１つに結合されたコイルを含むことができる。この装置は、コイルに電流を発生する駆動システムと、基板の導電領域で発生した渦電流に基づいて、基板の導電領域の特性を導き出す感知システムとを含むことができる。第１の複数のコア部分は、第１のコア部分および第２のコア部分を含むことができ、コイルは、第１のコア部分および第２のコア部分に８の字形に結合させることができる。コイルは、コイルに電流を印加すると、隣接するコア部分に反対方向の磁場が誘起されるように、複数のコア部分に結合させることができる。このコイルは、隣接するコア部分に反対方向に巻き付けることができる。
【００１１】
第１の複数のコア部分は、フェライト材料を含むことができる。第２の複数のコア部分を、第１の複数のコア部分に実質的に対向して配置して、第１の複数のコア部分と第２の複数のコア部分との間に基板が通る所定の間隙を画定することができる。
【００１２】
この装置は、基板を研磨する研磨パッドを保持するプラテンを含むことができる。第１の複数のコア部分は、プラテンに配置することができる。支持部は、キャリアヘッドでよい。
【００１３】
この装置は、基板をカセットから加工ステーションに移送する支持部を含むロボットを有する工場インターフェイスユニットを含むことができる。第１の複数のコア部分を、工場インターフェイスユニットに配置することができる。ロボットが、第１の複数のコア部分を横切って第１の方向に基板を移動させるように、制御器を構成することができる。
【００１４】
本明細書では、用語「基板」には、例えば、製品基板（例えば、複数のメモリまたはプロセッサダイを含み得る）、試験基板、ベア基板、およびゲート基板が含まれ得る。基板は、集積回路製造の様々な段階のものでよく、例えば、基板はベアウェハでも、あるいは堆積および／またはパターニングした１つまたは複数の層を含んでもよい。用語「基板」には、円形ディスク、および矩形シートが含まれ得る。
【００１５】
ある実装形態は、以下の利点のうちの１つまたは複数を有し得る。コアが細長いため、基板の縁部領域付近に沿って厚さを平均化することによって、基板縁部に沿ってより一定した測定値を得ることができる。コア部分が基板の湾曲に従って湾曲配列に配置されているため、基板縁部付近でより高い縁部分解能で基板の膜厚を測定することが可能となる。さらに、インライン測定システムで２つの対向するコア部分を使用することによって、試験対象物が間隙を通る際に、所与のサンプリング位置が不意にセンサヘッドの方に、またはセンサヘッドから離れて動くか、または振動しても、この装置はほとんど影響を受けなくなるので、測定精度を向上させることができる。
【００１６】
１つまたは複数の実施形態の詳細について、添付の図面および以下の説明に記載する。他の特徴、態様、および利点は、以下の説明、図面、および特許請求の範囲から明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】代表的な渦電流センサヘッドの概略図である。
【図２】曲線に沿って配置されたコア部分を示す概略図である。
【図３】コア部分の周りにコイルが巻き付けられた例示的な細長いコアの上面図である。
【図４】デュアル渦電流センサコアの代表的な磁束線の概略図である。
【図５】細長いコアを使用した例示的な化学機械研磨装置の概略図である。
【図６】複数のコア部分を有するコアを用いて基板に発生させた渦電流の概略図である。
【図７】例示的な現場渦電流測定システムの側面図である。
【図８】例示的なインライン渦電流測定システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
様々な図面において、同じ参照番号および表示は、同じ要素を示す。
【００１９】
半導体工程のいくつかでは、基板上の導電領域の厚さを知ることが重要となり得る。例えば、金属化学機械研磨工程の終了時点を判定するために、金属層の厚さを監視する必要が生じ得る。研磨工程は、金属層の厚さに関する測定値に基づいて完了することができる。
【００２０】
導電材料の厚さは、基板上の異なる領域で測定することができる。例えば、基板上の異なる領域で金属層の厚さを監視して、基板全体にわたって加工を確実に一様に進行させることができる。次いで、基板の諸領域の厚さ情報（集合的に基板の「プロファイル」と呼ぶことがある）を用いて、ウェハ内、またはウェハ間の均一性が向上するように加工パラメータを調整することができる。例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）工程では、基板上の異なる領域で金属層の厚さを監視し、不均一性が検出されると、ＣＭＰシステムによって研磨パラメータを調整することができる。
【００２１】
ＣＭＰ中、基板縁部の厚さを正確に判定することはより困難となり得る。しかし、渦電流監視システムのコアを、基板の湾曲により正確に従うように改変すると、より正確な厚さ測定を行うことができる。
【００２２】
図１は、本発明の様々な実施形態による厚さ測定装置に使用することができる代表的な渦電流センサヘッド１０を概略的に示す。渦電流センサヘッド１０は、コア１２およびコイル１４を含む。コア１２は、高透磁率材料で形成され、例えば、コアはフェライトでよい。コア１２は、耐食性または非湿潤性コーティングで被覆することができる。例えば、コア１２は、パリレンなどの材料で被覆して、水がコア１２の孔に入るのを防止し、コイルショートを防止することができる。
【００２３】
コア１２は、図１、２、および３に示す細長いコアとすることができる。コア１２は、背面部分１６から上方に平行に延びる複数のコア部分１８を有することができる。コア部分１８は延ばすことができ、例えば、背面部分１６の主軸に垂直な主軸（例えば、最小慣性モーメント軸）を有する。さらに、背面部分１６は、平坦上面１１を有することができ、例えば、背面部分は直方体でよく、コア部分１８は、上面１１に垂直に延ばすことができる。図１には、７個のコア部分が示されているが、３個から１５個の間など、別の個数でも可能である。
【００２４】
図２を参照すると、コア１２の長さＬは、幅Ｗよりも大きい。すなわち、アスペクト比Ｌ／Ｗは、１よりも大きい。異なる実装形態では、コアの異なるＬ、Ｗ、およびＬ／Ｗ値を使用することができる。例えば、Ｗは、１ミリメートルの数分の１から１センチメートル超の間の範囲とすることができ、Ｌは、約１ミリメートル（Ｗはより小さい値）から１０センチメートル以上の範囲とすることができる。特定の実装形態では、Ｗは約１ミリメートルから約１０ミリメートルの間、Ｌは約１センチメートルから約５センチメートルの間である。より具体的には、長さは約３４ミリメートルでよく、幅は約４ミリメートルでよい。
【００２５】
各コア部分１８は、他のコア部分と同じ長さ、幅、および高さを有することができる。コア部分１８は円柱形でよく、幅または直径は約２ミリメートルでよい。ベースの高さ（すなわち、ベースから離れる方向に沿った高さ）は、約２ミリメートルでよい。コア部分の高さは約３ミリメートルでよいが、高さは、コイルの巻数をより多くしたい場合には、高くすることができる。高さは、コア部分の幅よりも大きくすることができる。隣接する部分間の間隔は同じでよく、約３ミリメートルでよい。本明細書に記載の値は例示的なものであり、多くの他の構成も可能である。
【００２６】
図２に示すように、コア部分１８は、基板縁部の湾曲に従うように配置することができる。コア部分１８は、対称の湾曲経路４２、例えば、基板半径に等しい曲率半径を有する弧など、弧に配列して、基板縁部にぴったりと従わせることができる。例えば、７個のコア部分がある場合、コアの底縁部１３から、ベース１８に垂直な軸に沿った、第１および第７のコア部分の中心までの間隔は、１．６ミリメートルでよい。コアの縁部１３から、同じ垂直軸に沿った、第２および第６のコア部分の中心までの間隔は、２．１ミリメートルでよい。コアの縁部１３から、同じ垂直軸に沿った、第３、第４、および第５のコア部分の中心までの間隔は、２．４ミリメートルでよい。ウェハ縁部の湾曲に従ったコア部分の他の配列が企図される。例えば、コア部分は、ウェハ縁部にぴったりと従うＶ形経路を成してもよい。
【００２７】
コイル１４は、リッツ線（個々の膜絶縁線が一様な捻れパターンおよび撚り長さで一体に束ねられるか、または編まれて構築された撚線）でよく、渦電流感知に一般に使用される周波数用のソリッド線ほど光沢がなくてもよい。例として、コイル１４は２６０３２ゲージ線を備えることができる。
【００２８】
図１および３に示すように、コイル１４は、隣接するコア部分１８に反対の磁場が生成されるように、隣接するコア部分１８に互い違いの方向（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に、すなわち８の字パターンで巻き付けることができる。
【００２９】
コイルは、各コア部分の周りに６回から１２回の間で巻き回すことができる。例えば、コイルは、第１のコア部分の周りに、時計回りの方向に４回巻き回して第１のコイル層を形成し、次いで、さらに３回巻き回して第２の層を形成することができる。次いで、コイルを第２のコア部分の周りに９回巻き回して第１の層を形成し、次いでさらに３回巻いて第２の層を形成することができる。その後、残りの各部分について、最後のコア部分まで、互い違いの方向に、６巻きおよび９巻きの２層に巻き回すことができる。次いで、最後の部分を４回巻き回して第１の層を形成し、もう１回巻き回して第２の層を形成することができる。
【００３０】
以下に記載するインラインシステムなどのいくつかの実装形態では、２つの渦電流センサヘッド１２４、１２６を基板の両面で使用することができる（図４）。図４に示すように、反対方向に巻き付けたコア部分を互いに真向かいに配置して、反対の磁極を生成する。かかる配列によって、センサヘッド間に磁束線４１が生成されることになる。
【００３１】
図４のように、インラインシステムで２つの渦電流センサヘッドを使用すると、（試験対象物が間隙を通って移動する際に）所与のサンプリング位置が不意にセンサヘッドの方に、またはセンサヘッドから離れて動いても、測定にはそれほど影響が及ばない。したがって、各サンプリング位置で、より正確な測定値が得られる。また、広範囲にわたる位置決め制御機構が不要になり、測定をより迅速に行うことができる。センサ読取りは、基板３０が渦電流センサヘッド間の間隙を通って移動する間、絶えず行うことができる。
【００３２】
上述のコア１２と共に使用する渦電流監視システムは、基板の移動を可能とする支持部を含むことができる。図５に示すように、基板３０はコア１２を横切って移動することができる。基板は、直線に移動することができる。基板はまた、湾曲経路に沿って移動することもできる。どちらの構成においても、基板がセンサを通過する際、基板は、コア部分によって形成される経路と交差することができ、この経路は、基板の移動方向に垂直である。例えば、図５では、半径Ｒを有する基板３０の中心を通るスライスＡ−Ｂに沿った走査では、コア１２は、その長軸が基板３０の半径に垂直となるように向けられる。コア１２の短軸は、基板３０の半径に平行となる。いくつかの実装形態では、細長いコアの長軸は、必ずしも基板の半径に正確に垂直でなくてもよい。
【００３３】
基板は、コア部分１８が基板の平坦面に対して垂直に延びるように保持することができる。
【００３４】
コア部分１８の配列が直線の場合、基板３０が半径の第１の区画５１にわたって移動する際、コア部分１８のいくつかは、基板３０に近接しないことになる。したがって、区画５１、すなわちウェハの縁部付近の測定は、それほど正確でなくなり、コア１２の望ましい最大長さＬに限度が課されることになり得る。しかし、図５に示すコア１２は、湾曲して配列されたコア部分を有し、したがって基板の移動経路に沿って順次遠くに配置されたコア部分が、その経路に順次近接することになる。かかる配置によって、コア１２が湾曲していない場合よりも多くのコア１２が、基板３０に近接できるようになる。
【００３５】
動作に際しては、ＡＣ電流によって駆動する場合、コイル１４によって、対象となる導電領域（例えば、半導体ウェハ上の金属層部分）に渦電流を局所的に誘起する振動磁界を発生させる。コイルを駆動するために使用するＡＣ電流は、変動させることができる。例えば、駆動電流は、周波数約３００ｋＨｚから５ＭＨｚの間でよい。他の電流値もやはり可能である。
【００３６】
図６に示すように、コア部分１８、および互い違いの方向に巻き回されたコイル１４を有する渦電流センサヘッド１０によって生じる渦電流３２は、隣接するコア部分の隣の領域で反対方向に循環することになる。コア部分１８の周りに巻き付けられたコイルにより生じた磁界によって、やはり細長く、例えば弧形の、長さが幅よりも大きい導電領域で渦電流が誘起されることに留意されたい（図６参照）。しかし、コア１２の長さおよび幅と、導電領域のアスペクト比および断面積とは、一般に、コア１２のものとやはり異なる。
【００３７】
渦電流によって、基板の導電領域が、感知コイル、およびコンデンサと共にインピーダンスソースとして働く。基板の導電領域の厚さが変動するにつれて、インピーダンスも変動し、その結果システムのＱ値が変動することになる。Ｑ値の変動を検出することによって、渦電流感知機構は、渦電流の強度変動を感知することができ、したがって導電領域の厚さ変動を感知することができる。したがって、渦電流感知システムを用いて、導電領域の厚さなど、導電領域のパラメータを判定すること、または研磨終了時点などの関連パラメータを判定することができる。特定の導電領域の厚さは上述の通りであるが、コア１２と、導電層との相対位置は変えることができ、したがって基板上のいくつかの異なる導電領域、例えば基板上の異なる半径方向位置の領域の厚さ情報が得られることに留意されたい。
【００３８】
渦電流監視システムの空間分解能の向上は、特にＣＭＰに有益となり得る。高分解能ウェハプロファイル情報を得ることによって、加工パラメータのより正確な調整が可能となり、したがってより小さいＣＤで装置を製造することが可能となる。
【００３９】
空間分解能を向上させる一方策は、渦電流を基板上のより小さい領域に局所化することである。複数のコア部分１８を垂直に延ばし、コイル１４を各コア１８の周りに互い違いの方向で巻き回すことによって、渦電流はより局所化され、空間分解能を増大させることができる。かかる構成では、システムの空間分解能は、コア部分１８間の間隔によって制限されることになる。したがって、コア部分の中心間の間隔がより狭いと、より高い測定分解能を得ることができる。さらに、図４のように、２つの渦電流センサヘッドを使用すると、より局所化された渦電流を生成することができる。
【００４０】
いくつかの実装形態では、コアを遮蔽して、磁束線を導電層の特定の部分の方により正確に向けることができ、したがって空間分解能を向上させることができる。例えば、金属片、例えば金属プレートを隣接するコア部分の間に配置して、磁界の漏れを防止することができる。
【００４１】
空間分解能はまた、一方向に長く、もう一方の方向には狭いコアを使用することによって向上させることもできる。コア長さは、縁部領域付近のウェハ外周に沿って厚さを平均化することによってより一定した測定が行えるように選択することができる。さらに、コア部分を、基板の湾曲に従った経路に沿って延ばすと、基板縁部の空間分解能を向上させることができる。このシステムでは、基板中央での空間分解能が、基板縁部での空間分解能よりも低くなるが、基板プロファイルは、基板縁部よりも基板中央でより均一になる傾向があるので、上記は、許容可能なトレードオフとなり得る。
【００４２】
空間分解能は、コアと導電層との間隔を低減させることによってさらに向上させることができる。図４のように２つの渦電流センサヘッドを使用することによって、コアと導電層との間隔を低減させることができる。かかる構成では、基板３０が、それぞれのセンサヘッド１２４、１２６の方に、またはそこから離れて動いても、交差する磁束線の数の変動を大幅に低減させることができる。したがって、この装置では、試験対象物と、渦電流センサヘッドとの間隔の変動による影響が少ない。
【００４３】
他のタイプの渦電流センサヘッドもやはり、使用することができる。他のタイプの渦電流センサヘッドには、例えば、２つのコイルを備えたセンサヘッドが含まれ、１次コイルをＡＣ電流によって駆動し、振動磁界を発生し、２次ピックアップコイルによって、試験対象物からの応答信号を受け取る。
【００４４】
図７に示す一実施形態では、現場化学機械研磨装置２２を、上述のものなどの渦電流感知システムと共に使用することができる。１つまたは複数の基板を、ＣＭＰ装置２２によって研磨することができる。各装置は、研磨パッド１００が上に配置される回転式プラテン２４を含む。研磨パッド１００は、硬質で耐久性のある外部表面、または研磨粒子が埋め込まれた固定砥粒パッド、または比較的軟質な表面を有することができる。
【００４５】
カルーセル６０は、複数のキャリアヘッド７０を支持することができる。各キャリアヘッド７０は、キャリア駆動軸７４によってキャリアヘッド回転モータ（図示せず）に接続され、したがって各キャリアヘッドは、自体の軸周りで独立して回転することができる。反応剤を含有したスラリ３８（例えば、酸化物研磨用の脱イオン水）および化学反応触媒（例えば酸化物研磨用の水酸化カリウム）を、スラリ供給口またはスラリ／リンス兼用アーム３９によって、研磨パッド１００の表面に供給することができる。研磨パッド１００が標準パッドである場合、スラリ３８もやはり、研磨粒子を含むことができる（例えば、酸化物研磨用の二酸化ケイ素）。プラテン２４には凹部２６が形成され、この凹部２６を覆う薄膜区画３６を研磨パッド１００中に形成することができる。開口２６および薄膜パッド区画３６を、必要に応じて、キャリアヘッドの並進位置に関係なく、プラテンの一部の回転の間基板３０の下方を通過するように配置する。薄膜区画３６によって、コア１２を基板に近接して配置することが可能となる。
【００４６】
図７に示すように、ＣＭＰ装置２２はまた、コア１２が基板３０の下方にある時期を感知する光インタラプタなどの位置センサ８０を含むことができる。例えば、光インタラプタは、キャリアヘッド７０と対向する固定点に取り付けることができる。フラグ８２を、プラテン周囲に取り付けることができる。フラグ８２の取付け点、および長さは、コア１２が基板３０下方を掃引する間、フラグ８２がセンサ８０の光信号を遮断するように選択される。あるいは、ＣＭＰ装置は、プラテンの角度位置を判定するエンコーダを含むことができる。
【００４７】
図７を参照すると、渦電流監視システム４０は、限界発振器などの発振器を含む駆動およびフィードバック回路５０を含むことができる。研磨パッド３２の薄膜区画３６の下に配置された渦電流感知システムのコア１２およびコイル１４は、プラテンの基板下方を掃引する。本明細書では単一のコイル１４を示しているが、別個の感知回路を設けてもよいことに留意されたい。回路５０は、プラテン２４から離間して配置することができ、回転電気継手２９を介してプラテンの構成要素に結合させることができる。
【００４８】
コンピュータ９０によって、回路５０から測定値を受け取ることができ、基板下方にあるコアの各掃引からの測定値を複数のサンプリングゾーンに分割して、各サンプリングゾーンの半径方向位置を計算し、測定値を半径方向範囲に分類し、各サンプリングゾーンについて最小、最大、および平均測定値を求め、複数の半径方向範囲を用いて研磨終了時点を判定できるようにプログラミングすることができる。測定値は、システム４０の構成に依存して、振幅測定値、位相測定値、および／または駆動電流測定値でよいことに留意されたい。コンピュータ９０からの出力は、ユーザが研磨操作の進捗を視覚的に監視することができるように、研磨中、出力装置９２に表示することができる。
【００４９】
さらに、渦電流測定値を半径方向範囲に分類した後、金属膜厚に関する情報を、閉ループ制御器にリアルタイムで送って、キャリアヘッドによって印加される研磨圧力プロファイルを定期的に、または連続的に改変することができる。例えば、コンピュータは、終了時点基準が、半径方向外側範囲について満たされたが、半径方向内側範囲については満たされていないことを判定することができる。このことは、下にある層が基板の円形外側領域では露出しているが、基板の円形内側領域では露出していないことを示すことになる。この場合、コンピュータは、圧力が基板の内側領域だけに印加されるように、圧力を印加する領域の直径を減少させ、それによって基板の外側領域の椀状変形および侵食を低減させることができる。あるいは、コンピュータは、基板のどこかで下にある層が露出したことが初めて指示されると、すなわち金属層が初めて除去された時点で基板の研磨を停止させることができる。
【００５０】
図８に示す別の実施形態では、インライン化学機械研磨装置１２０を、上述のものなどの渦電流感知システムと共に使用することができる。装置１２０は、直列回路または並列回路のいずれかに接続することができる２つのセンサヘッド１２４、１２６を有する渦電流センサを含む。センサヘッド１２４、１２６は、互いに所定の間隔を置いて配置され、互いの間でゲートまたは間隙が形成されるように、それぞれのブラケット１２８に取り付けられる。ゲートの間隔は、測定する試験対象物の寸法に依存して変えることができる。典型的な使用範囲は、例えば、半導体製造において、ウェハ上に堆積させた層の厚さを測定する場合、約２〜６ｍｍの間でよい。かかる範囲で、典型的な半導体加工用途において適切なスポット寸法、信号強度、および操作確実性が得られることが判明している。
【００５１】
渦電流センサヘッド１２４、１２６は、センサボード回路に接続することができ、このセンサボード回路は、センサヘッド１２４、１２６を駆動するＡＣ電流を発生し、センサヘッド１２４、１２６から、基板厚さを示すピックアップ渦電流信号を受け取る。電圧の形を取るピックアップ渦電流信号は、制御器（図示せず）に送信され、この制御器は、以下で説明するように、ピックアップ信号をデジタル信号に変換して処理するためのアナログデジタル変換器を含むことができる。
【００５２】
この装置１２０はまた、基板３０が渦電流センサヘッド１２４と１２６との間の間隙を通って移動する際、基板３０の位置を検出する位置センサ１３４のアレイを含む。位置センサ１３４は制御器に接続され、この制御器は、厚さ測定を行う際の基板３０のサンプリング位置を決定することができる。このアレイで使用できる位置センサの一例に、スルービーム型センサなどの光センサがある。適切な位置センサの例には、日本のＳＵＮＸから市販されているモデルＥＸ−１１センサが含まれる。
【００５３】
測定精度をさらに増大させるために、本発明の１つまたは複数の実施形態では、間隔および振動による影響を補償するために、生データに印加することができるいかなる間隔関連補償係数も求められるように、基板３０と、センサヘッド１２４、１２６との間隔を測定するＺ位置センサ１３６を含めることが企図される。適切なＺ位置センサの一例に、レーザ距離センサがある。かかるセンサの一例は、日本のＯＭＲＯＮから市販されているモデルＸＺ−３０Ｖセンサである。
【００５４】
制御器は、センサからのそれぞれの読取り値に基づいて、様々なサンプリング位置での基板３０の厚さを計算する。代表的な制御器は、アナログデジタル変換器、ＰＬＣ（プログラム可能論理制御器）、およびＰＣ（パーソナルコンピュータ）を含むことができる。アナログデジタル変換器は、渦電流センサおよびＺ位置センサからのアナログ信号を、デジタル形式に変換して処理する。ＰＬＣは、センサから感知信号を受け取り、データロギングまたは収集機能を実施する。ＰＣは、ＰＬＣからデータを受け取り、測定計算および補償計算を実施する。測定結果は、例えばコンピュータ表示装置またはプリンタなどの出力装置（図示せず）に出力することができる。
【００５５】
様々な既知の方法を用いて、インライン測定システムの渦電流センサ信号読取り値から、試験対象物の厚さを計算することができる。例えば、かかる既知の方法の１つは、既知の厚さを有する特定の試験対象物から取った渦電流センサ信号読取り値の経験的データを用いて、センサ読取り較正曲線を生成する。この装置の使用に際しては、渦電流センサ読取り値を較正曲線にマッピングして、測定した試験対象物の厚さを判定することができる。
【００５６】
例えば、基板３０を、ロボットアームに接続されたエンドエフェクタ３８に配置することができる。次いで、制御器によってロボットアームを作動させて、基板３０を渦電流センサヘッド１２４、１２６の対によって形成されたゲートを通して移動させる。基板３０がゲートを通って移動するにつれて、基板３０は基板位置センサ１３４のアレイを通過し、これらの位置センサ１３４は、基板３０の前縁によって順次始動または作動することになる。基板３０が第１の位置センサ１３４を通過すると、感知ルーチンが起動する。感知ルーチンは、周期的に（例えば、１，０００読取り／秒のサンプリング速度で）厚さ読取りを行う渦電流センサと、ウェハ縁部が各センサを順次通過した時点を検出してウェハの速度を判定する位置センサ１３４とを含むことができる。この情報を使用して、制御器は、各サンプリング位置における測定厚さと、各サンプリング位置のウェハ上の配置とを判定することができる。このように、厚さ測定は、ウェハを横切って延びる所与の線に沿って行うことができる。望むなら、基板３０を所望の位置に回転させ、次いで測定を行う間基板３０を装置１２０に通して移動させることによって、基板３０を横切る異なる線に沿った測定も可能である。
【００５７】
本発明の特定の実施形態について説明してきた。他の実施形態は、以下の特許請求項の範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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